JP2017090422A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物が撮像された画像を用いて対象物までの距離を測定する測定装置であって、測定時における測定装置の位置及び角度が制限されず、かつ、対象物の形状が平坦でなくても対象物までの距離を正確に測定できる測定装置を提供する。【解決手段】測定装置１００は、レーザ光を投射する投射部２１０と、投射部２１０によって投射されたレーザ光が照射された部分である照射部分を撮像する撮像部２２０と、撮像部２２０によって撮像された画像における照射部分の位置、撮像部２２０の画角、投射部２１０から撮像部２２０までの距離及びレーザ光の投射方向に基づいて、実空間における撮像部２２０から照射部分までの距離を算出する演算部２４０とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、対象物までの距離を測定するための測定装置に関する。

従来、カメラなどの撮像装置を用いて、当該撮像装置から対象物までの距離を測定する測定装置が知られている。撮像装置を用いた測定装置では、一般に三角法が用いられるため、測定時における撮像装置の位置及び角度が制限される。

また、撮像装置を用いた他の測定装置として、光を用いる方法も知られている（例えば、特許文献１など参照）。特許文献１に開示された測定装置では、投射方向が一定角度範囲で往復変動するレーザ光が対象物に照射される。特許文献１に開示された測定装置は、当該レーザ光が照射された対象物を撮像装置で撮像し、撮像された画像におけるレーザ光の変動方向における幅に基づいて、測定装置から対象物までの距離を測定する。特許文献１に開示された測定装置は、測定時においてレーザ光が照射された対象物を撮像できる位置及び角度にあればよい。そのため、上記三角法を用いた測定装置より、測定時における撮像装置及びそれを含む測定装置の位置及び角度の制限が緩和される。

特開平１−１２１７１４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された測定装置では、対象物におけるレーザ光が照射された部分が平坦でない場合には、レーザ光の幅と対象物までの距離との相関に誤差が生じるため、正確に距離を計測することができない。

そこで、本発明は、対象物が撮像された画像を用いて対象物までの距離を測定する測定装置であって、測定時における測定装置の位置及び角度が制限されず、かつ、対象物の形状が平坦でなくても対象物までの距離を正確に測定できる測定装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る測定装置は、レーザ光を投射する投射部と、前記投射部によって投射されたレーザ光が照射された部分である照射部分を撮像する撮像部と、前記撮像部によって撮像された画像における前記照射部分の位置、前記撮像部の画角、前記投射部から前記撮像部までの距離、及び、前記レーザ光の投射方向に基づいて、実空間における前記撮像部から前記照射部分までの距離を算出する演算部とを備える。

これにより、測定装置は、測定の際に、対象物にレーザ光を照射でき、かつ、当該対象物を撮像できる位置及び角度に配置されればよいため、測定装置の位置及び角度は特に制限されない。また、測定装置は、撮像画像におけるレーザ光の照射部分の位置情報を用いて、実空間における撮像部から照射部分までの距離を測定するため、測定対象物の形状が平坦でなくても、対象物までの距離を正確に測定できる。

また、測定装置において、前記投射部は、前記撮像部と一体的に設けられてもよい。

これにより、測定装置において、投射部から撮像部までの距離は一定である。このため、演算部において、当該距離を定数として記憶することができる。したがって、演算部における演算の際に、容易に当該距離を取得することができる。

また、測定装置において、前記投射部は、前記照射部分に所定の形状の画像である基準画像を投影してもよい。

これにより、撮像画像に対して画像解析を行うことによって、レーザ光が照射された部分である照射部分を識別できる。

また、測定装置において、前記撮像部によって撮像された画像を解析することにより、前記照射部分を検出し、検出された前記照射部分の画像内における位置情報を取得する画像処理部をさらに備えてもよい。

これにより、測定装置において、ユーザが目視にて照射部分の検出を行うことなく、照射部分の検出を行うことができる。

また、測定装置において、前記演算部は、前記レーザ光が前記撮像部によって撮像される領域に入射する点の位置情報を算出し、当該位置情報を用いて前記距離を算出してもよい。

これにより、測定装置において、実空間における撮像部から照射部分までの距離を容易かつ正確に演算することができる。

また、前記投射部に前記レーザ光の投射方向を指示する指示部をさらに備えてもよい。

これにより、測定装置自体の位置及び角度を変えることなく、レーザ光の投射方向を変えることができる。

また、前記撮像部によって撮像された画像を表示する表示部をさらに備え、前記表示部は、タッチパネルを備え、前記指示部は、前記タッチパネルに含まれるタッチセンサを備え、前記タッチセンサから出力される信号を用いて、前記投射部に前記レーザ光の投射方向を指示してもよい。

これにより、タッチパネルにタッチすることによって、照射部分を移動させることが可能となる。例えば、撮像画像が表示されたタッチパネル上のタッチした位置付近に照射部分を移動させるように、投射部にレーザ光の投射方向を指示することが可能となるため、レーザ光の投射方向の調整をより容易に行うことができる。

また、前記投射部は、複数の前記照射部分に前記レーザ光を投射してもよい。

これにより、複数の照射部分までの距離を同時に測定することができる。

また、前記演算部は、実空間における前記撮像部から二つの前記照射部分の各々までの距離、及び、前記撮像部によって撮像された前記画像における二つの前記照射部分の間の距離を算出することにより、二つの前記照射部分の間の実空間における距離を算出してもよい。

これにより、撮像画像内における二点間に対応する実空間における距離を測定することができる。また、撮像画像に含まれる画像上に二つの照射部分を配置することにより、当該画像の実空間における寸法を測定することができる。

また、前記測定装置の傾き角度を検出し、かつ、当該傾き角度を示す傾き角度信号を出力する傾き検出部をさらに備え、前記演算部は、前記傾き角度信号に基づいて、二つの前記照射部分を結ぶ線分の実空間における傾きを算出してもよい。

これにより、二つの照射部分を繋ぐ線分の実空間における傾きを検出することができる。このため、本発明の一態様に係る測定装置は、水平器としても使用可能である。

なお、本発明は、このような特徴的な処理部を備える測定装置として実現することができるだけでなく、測定装置に含まれる特徴的な処理部が実行する処理をステップとする測定方法として実現することができる。また、測定装置に含まれる特徴的な処理部としてコンピュータを機能させるためのプログラムまたは測定方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムを、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。

本発明によると、対象物が撮像された画像を用いて対象物までの距離を測定する測定装置であって、測定時における測定装置の位置及び角度が制限されず、かつ、対象物の形状が平坦でなくても対象物までの距離を正確に測定できる測定装置を提供できる。

図１は、実施の形態１に係る測定装置の全体構成を示す外観斜視図である。 図２は、実施の形態１に係る測定装置の機能構成を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１に係る測定装置と、測定対象との位置関係を示す図である。 図４は、実施の形態１に係る演算部における演算を説明するための図である。 図５は、実施の形態１に係る演算部における演算を説明するための図である。 図６は、実施の形態１に係る撮像部によって撮像された撮像画像を示す図である。 図７は、実施の形態１に係る測定装置において用いられる測定方法を示すフローチャートである。 図８は、実施の形態２に係る測定装置の機能構成を示すブロック図である。 図９は、実施の形態２に係る表示部に表示される撮像画像の一例を示す図である。 図１０は、実施の形態２に係る測定装置において用いられる測定方法を示すフローチャートである。 図１１は、実施の形態３に係る測定装置の機能構成を示すブロック図である。 図１２は、実施の形態３に係る測定装置の使用態様の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態１）
［測定装置の構成］
まず、実施の形態１に係る測定装置１００の構成について、図１を用いて説明する。

図１は、本実施の形態に係る測定装置１００の全体構成を示す外観斜視図である。

測定装置１００は、対象物までの距離を測定する装置である。図１に示されるように、測定装置１００は、筐体１１０と、筐体１１０に内蔵された投射部２１０及び撮像部２２０とを備える装置である。測定装置１００は、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット型端末、カメラなどの携帯機器である。

投射部２１０は、筐体１１０の一側面に設けられた開口部２１１を介してレーザ光を投射する。本実施の形態では、投射部２１０は、レーザプロジェクタであり、レーザ光を走査ながら投射することにより、投射領域２１４に画像を投射する。投射部２１０は、距離を測定する対象物にレーザ光を照射する。投射部２１０は、対象物にレーザ光を照射することにより、照射部分に所定の形状の画像である基準画像を投影する。このため、測定装置１００は、撮像部２２０で当該基準画像を撮像し、撮像画像に対して画像解析を行うことによって、レーザ光が照射された部分である照射部分を識別できる。また、ユーザも、目視により、当該照射部分を識別できる。投射部２１０が投射するレーザ光の波長は、撮像部２２０が撮像できる波長であればよい。本実施の形態では、投射部２１０は、赤色、緑色及び青色のレーザ光源を備え、各レーザ光源からのレーザ光を合波して投射する。

撮像部２２０は、筐体１１０の一側面に設けられた開口部２２１を介して、投射部２１０によって投射されたレーザ光が照射された部分である照射部分を撮像する。本実施の形態では、撮像部２２０は、カメラであり、筐体１１０の一側面に設けられた開口部２２１を介して撮像領域２２４を撮像する。すなわち、撮像部２２０には、撮像領域２２４の画像信号が入力される。なお、投射部２１０の投射領域２１４は、撮像部２２０の撮像領域２２４内に収まることが望ましい。

続いて、本実施の形態に係る測定装置１００の機能構成について、図２を用いて説明する。

図２は、本実施の形態に係る測定装置１００の機能構成を示すブロック図である。

図２に示されるように、測定装置１００は、機能的には、投射部２１０、撮像部２２０、画像処理部２３０、演算部２４０、表示部２５０、指示部２６０及び投射制御部２７０を備える。

画像処理部２３０は、撮像部２２０によって取得された画像である撮像画像を解析することにより、投射部２１０から投射されたレーザ光が照射された部分である照射部分の情報を検出する。本実施の形態では、画像処理部２３０は、撮像画像を解析することにより基準画像を検出し、基準画像の、撮像画像内における位置情報を取得する。例えば、画像処理部２３０は、撮像画像に対してパターンマッチングなどの処理を行い、基準画像を検出し、検出された基準画像の撮像画像内における位置（又は、座標）情報を得る。

演算部２４０は、撮像部２２０によって撮像された画像における照射部分（投射部２１０からのレーザ光が照射された部分）の位置、及び、撮像部２２０の画角に基づいて、実空間における撮像部２２０から照射部分までの距離を算出する。なお、ここで、照射部分の位置とは、当該位置に対応する情報を含み、位置を特定できる情報であればよい。また、撮像部２２０の画角とは、当該画角に対応する情報（例えば、半画角など）を含み、画角を特定できる情報であればよい。本実施の形態では、演算部２４０は、撮像画像における照射部分の位置、及び、撮像部２２０の画角に加えて、投射部２１０から撮像部２２０までの距離と、レーザ光の投射方向とに基づいて、実空間における撮像部２２０から照射部分までの距離を算出する。演算部２４０における距離の算出方法については後述する。

なお、演算部２４０は、距離の算出において用いられる撮像画像における照射部分の位置情報を、画像処理部２３０から得ることができる。また、演算部２４０は、撮像部２２０が画角調整機能（すなわち、ズーム機能）を有さない場合には、画角は一定であるため、画角（又は半画角）の情報を予め記憶しておくことができる。一方、撮像部２２０が画角調整機能を有する場合には、演算部２４０は、撮像部２２０から撮像において用いた画角の情報を得ることができる。また、演算部２４０は、レーザ光の投射方向の情報を投射制御部２７０から得ることができる。

表示部２５０は、撮像部２２０によって撮像された画像を表示する。表示部２５０は、例えば、液晶ディスプレイパネル、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイパネルなどで構成される。本実施の形態では、表示部２５０は、タッチパネルを備え、表示部２５０を介して、ユーザが測定装置１００の操作を行うことができる。

指示部２６０は、投射部２１０にレーザ光の投射方向を指示する。指示部２６０は、投射部２１０にレーザ光の投射方向を指示することにより、レーザ光が照射される部分である照射部分（つまり、基準画像を投影する位置）を指示する。本実施の形態では、指示部２６０は、タッチパネルに含まれるタッチセンサを備え、タッチセンサから出力される信号を用いて、投射部２１０にレーザ光の投射方向を指示する。また、指示部２６０は、投射制御部２７０を介して、投射部２１０にレーザ光の投射方向を指示する。

指示部２６０が備えるタッチセンサに入力された信号は、投射制御部２７０に入力される。投射制御部２７０は、タッチセンサに入力された信号に基づいて、投射部２１０から出射されるレーザ光の投射方向を制御する。レーザ光の投射方向の指示方法としては、例えば、タッチパネルに表示された撮像画像の特定の位置をタッチすることにより、指示してもよいし、タッチパネル上で指などをスライドさせることにより、スライドさせた方向にレーザ光の投射方向を旋回させてもよい。

なお、指示部２６０は、タッチセンサを備えるものに限定されない。例えば、指示部２６０は、表示部２５０の外部に設けられた任意のコントローラであってもよい。

投射制御部２７０は、投射部２１０を制御する処理部である。具体的には、投射部２１０から投射されるレーザ光の向き、光色及び投射タイミングを制御する。本実施の形態では、投射制御部２７０は、指示部２６０からの指示に基づいて、基準画像が投影される位置及び個数を制御する。

［測定原理］
続いて、本実施の形態に係る測定装置１００が用いる測定原理について、図３〜６を用いて説明する。

図３は、本実施の形態に係る測定装置１００と、測定対象との位置関係を示す図である。

図４及び図５は、本実施の形態に係る演算部２４０における演算を説明するための図である。

図６は、本実施の形態に係る撮像部２２０によって撮像された撮像画像２２８を示す図である。

図３には、本実施の形態に係る撮像部２２０の位置を表す点Ａ、投射部２１０の位置を表す点Ｃ、投射部２１０から投射されたレーザ光が照射される部分である照射部分（すなわち、基準画像が投影される部分）を表す点Ｇなどの位置関係が示されている。点Ｃは、レーザ光が、その投射方向に依存せずに必ず通る点であればよいが、必ずしも当該点だけに限定されず、当該点の近傍の点であってもよい。点Ａの定義については後述する。

図３〜５に示される一点鎖線は、撮像部２２０の光学的な中心軸を示す。具体的には、当該一点鎖線は撮像部２２０において用いられるレンズなど（図示せず）の光軸を示す。以下、当該一点鎖線を撮像部２２０の光軸という。

図３及び図５に示される点Ｆは、照射部分を表す点Ｇを通り、線分ＡＣに平行な直線と撮像部２２０の光軸との交点である。なお、照射部分は、点ではなく、面積を有する領域であるため、照射部分を表す点Ｇは、例えば、照射部分の中央を表す点などと定義してよい。

図５に示される点Ｈは、点Ｂを通り、線分ＡＦに平行な直線と線分ＧＦとの交点である。ここで、線分ＢＧ及び線分ＢＨのなす角θ２が、投射部２１０の投射方向を示す。つまり、角θ２は投射部２１０からレーザ光が投射される方向を示す角である。例えば、投射部２１０においてレーザ光の投射方向がＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーの揺動によって調整される場合には、ＭＥＭＳミラーの傾斜角度の情報に基づいて角θ２に対応する情報を得ることができる。

図３及び図５に示される点Ｅは、点Ｇを通り、線分ＡＣに平行な直線と、撮像部２２０によって撮像可能な領域の端を示す線との交点である。つまり、線分ＡＥ及び線分ＡＦのなす角θ１が、撮像部２２０の半画角である。半画角θ１は、撮像部２２０における光学系の特性として既知の値である。また、図３及び図５に示されるように、撮像部２２０の位置を表す点Ａは、撮像部２２０によって撮像可能な領域の端を示す線（線分ＡＥ）と撮像部２２０の光軸との交点である。

図３〜５に示される点Ｂは、線分ＣＧと線分ＡＥとの交点である。点Ｂは、投射部２１０から投射されたレーザ光が撮像部２２０によって撮像される領域に入射する点を意味する。

図３〜５に示される点Ｊは、点Ｂを通り、線分ＡＣに平行な直線と、線分ＡＦとの交点である。

図４及び図５に示される点Ｄは、点Ｂを通り、線分ＡＪに平行な直線と、点Ａ及び点Ｃを通る直線との交点である。

図６には、撮像部２２０によって撮像された画像である撮像画像２２８が示されている。図６に示されるように撮像画像２２８には、レーザ光の照射部分を示す基準画像２１６が含まれる。本実施の形態に係る測定装置１００の演算部２４０では、照射部分の撮像画像における位置情報を用いて、距離を算出する。具体的には、図６において、一点鎖線で示される撮像画像の水平方向の中心軸から基準画像２１６までの画素数である基準画素数Ｎ１と、撮像装置の半画角に対応する画素数である半画角画素数Ｎｈとの比を用いて、距離を算出する。

演算部２４０は、レーザ光が撮像部２２０によって撮像される領域に入射する点Ｂの位置情報を算出し、当該位置情報を用いて距離を算出する。本実施の形態では、投射部２１０（点Ｃ）から撮像部２２０（点Ａ）までの距離Ｘ、半画角θ１、及び、投射部２１０の投射方向を示す角度θ２から、点Ｂの位置情報として、点Ａから点Ｊまでの距離Ｙ１を算出する。そして、距離Ｙ１、及び、基準画素数Ｎ１と半画角画素数Ｎｈとの比を用いて、点Ａから点Ｆまでの距離Ｙ２を算出する。なお、測定装置１００において、投射部２１０は、撮像部２２０と一体的に設けられる。これにより、測定装置１００において、投射部２１０から撮像部２２０までの距離は一定である。このため、演算部２４０において、当該距離を定数として記憶することができる。したがって、演算部２４０における演算の際に、容易に当該距離を取得することができる。

以下、撮像部２２０の位置（点Ａ）から点Ｆまでの距離Ｙ２を撮像部２２０から照射部分（点Ｇ）までの距離と称する場合がある。つまり、照射部分（点Ｇ）から撮像部２２０の位置（点Ａ）と投射部の位置（点Ｃ）とを結ぶ直線までの距離Ｙ２を、撮像部２２０から照射部分（点Ｇ）までの距離と称する場合がある。また、同様に、点Ａから点Ｊまでの距離Ｙ１を、撮像部２２０から点Ｂ（すなわち、投射部２１０から投射されたレーザ光が撮像部２２０によって撮像される領域に入射する点）までの距離と称する場合がある。つまり、点Ｂから撮像部２２０の位置（点Ａ）と投射部の位置（点Ｃ）とを結ぶ直線までの距離Ｙ１を、撮像部２２０から点Ｂまでの距離と称する場合がある。なお、距離Ｙ２などから、撮像部２２０（点Ａ）から照射部分（点Ｇ）までの距離ＡＧを算出してもよい。

まず、距離Ｙ１を算出する原理について説明する。

図４に示される三角形ＡＢＣにおいて、正弦定理より、下記式（１）及び式（２）が成り立つ。

Ｘ／ｓｉｎ（θ１−θ２）＝ＢＣ／ｓｉｎ（９０°−θ１） （１）

ＢＣ＝Ｘｓｉｎ（９０°−θ１）／ｓｉｎ（θ１−θ２） （２）

また、図４に示される三角形ＢＣＤにおいて、正弦定理より、下記式（３）が成り立つ。

ＢＤ／ｓｉｎ（９０°−θ２）＝ＢＣ／ｓｉｎ（９０°） （３）

ここで、式（３）において、式（２）の右辺を代入することにより、下記式（４）及び式（５）が得られる。

ＢＤ＝Ｘｓｉｎ（９０°−θ１）ｓｉｎ（９０°−θ２）／ｓｉｎ（θ１−θ２）
（４）

ＢＤ＝Ｙ１＝Ｘｃｏｓ（θ１）ｃｏｓ（θ２）／ｓｉｎ（θ１−θ２）
（５）

このように、距離Ｙ１は、式（５）を用いて算出される。

続いて、距離Ｙ１、及び、基準画素数Ｎ１と半画角画素数Ｎｈとの比を用いて、距離Ｙ２を算出する原理について説明する。

図５に示される三角形ＡＥＦにおいて、下記式（６）が成り立つ。

ＥＦ＝ＡＦｔａｎ（θ１）＝Ｙ２ｔａｎ（θ１） （６）

また、図５に示される三角形ＢＧＨにおいて、正弦定理より、下記式（７）及び式（８）が成り立つ。

ＧＨ／ｓｉｎ（θ２）＝ＢＨ／ｓｉｎ（９０°−θ２） （７）

ＧＨ＝ＢＨｓｉｎ（θ２）／ｓｉｎ（９０°−θ２）
＝（Ｙ２−Ｙ１）ｓｉｎ（θ２）／ｓｉｎ（９０°−θ２） （８）

また、三角形ＡＢＤにおいて、下記式（９）が成り立つ。

ＨＦ＝ＡＤ＝ＢＤｔａｎ（θ１）＝Ｙ１ｔａｎ（θ１） （９）

したがって、点Ｇから点Ｆまでの距離ＧＦを下記式（１０）で表すことができる。

ＧＦ＝ＧＨ＋ＨＦ
＝（Ｙ２−Ｙ１）ｓｉｎ（θ２）／ｓｉｎ（９０°−θ２）
＋Ｙ１ｔａｎ（θ１） （１０）

ここで、距離ＧＦが、図６に示される撮像画像２２８における基準画素数Ｎ１に対応し、距離ＥＦが撮像画像２２８における半画角画素数Ｎｈに対応することから、下記式（１１）が成り立つ。

ＧＦ／ＥＦ＝Ｎ１／Ｎｈ （１１）

したがって、式（１１）に式（６）及び式（１０）の右辺を代入することにより、距離Ｙ２を算出することができる。さらに、算出されたＹ２を用いて、距離ＧＦを算出することにより、撮像部２２０（点Ａ）から照射部分（点Ｇ）までの距離ＡＧを算出してもよい。また、Ｙ１は、式（５）より既知であるため、式（１１）より、ＧＦ／ＥＦを算出することができる。

［測定方法］
続いて、本実施の形態に係る測定装置１００において用いられる測定方法について、図７を用いて説明する。

図７は、本実施の形態に係る測定装置１００において用いられる測定方法を示すフローチャートである。

以下、図７に示される各ステップについて説明する。

まず、演算部２４０は、距離算出のために使用する各情報を取得する（Ｓ１０）。具体的には、演算部２４０は、撮像画像における照射部分の位置、撮像部２２０の画角、レーザ光の投射方向、及び、撮像部２２０から投射部２１０までの距離の各情報を取得する。

次に、演算部２４０は、上述した測定原理に基づいて、撮像部２２０から、照射部分までの距離Ｙ２を算出する（Ｓ２０）。より詳細に説明すると、演算部２４０は、撮像部２２０から、投射部２１０から投射されたレーザ光が撮像部２２０によって撮像される領域に入射する点Ｂまでの距離Ｙ１を算出する（Ｓ２２）。続いて、演算部２４０は、距離Ｙ１、及び、撮像画像における照射部分の位置情報を用いて、撮像部２２０から照射部分までの距離Ｙ２を算出する（Ｓ２４）。

以上のように、測定装置１００の演算部２４０は、撮像部２２０から照射部分までの距離Ｙ２を算出することができる。

［効果］
以上のように、本実施の形態に係る測定装置１００は、レーザ光を投射する投射部２１０と、投射部２１０によって投射されたレーザ光が照射された部分である照射部分を撮像する撮像部２２０とを備える。また測定装置１００は、撮像部２２０によって撮像された画像における照射部分の位置と、撮像部２２０の画角と、投射部２１０から撮像部２２０までの距離と、レーザ光の投射方向とに基づいて、実空間における撮像部２２０から照射部分までの距離を算出する演算部２４０を備える。

これにより、測定装置１００は、対象物にレーザ光を照射でき、かつ、当該対象物を撮像できさえすれば、距離を測定できるため、三角法を用いた測定装置のように測定装置１００の位置及び角度は特に制限されない。また、測定装置１００は、撮像画像におけるレーザ光の照射部分の位置情報を用いて、実空間における撮像部２２０から照射部分までの距離を測定するため、測定対象物の形状が平坦でなくても、対象物までの距離を正確に測定できる。

また、測定装置１００において、投射部２１０は、撮像部２２０と一体的に設けられる。

これにより、測定装置１００において、投射部２１０から撮像部２２０までの距離は一定である。このため、演算部２４０において、当該距離を定数として記憶することができる。したがって、演算部２４０における演算の際に、容易に当該距離を取得することができる。

また、測定装置１００において、投射部２１０は、照射部分に所定の形状の画像である基準画像を投影する。

これにより、撮像画像に対して画像解析を行うことによって、レーザ光が照射された部分である照射部分を識別できる。

また、測定装置１００において、撮像部２２０によって撮像された画像を解析することにより、照射部分を検出し、検出された照射部分の画像内における位置情報を取得する画像処理部２３０をさらに備える。

これにより、測定装置１００において、ユーザが目視にて照射部分の検出を行うことなく、照射部分の検出を行うことができる。

また、測定装置１００において、演算部２４０は、レーザ光が撮像部２２０によって撮像される領域に入射する点の位置情報を算出し、当該位置情報を用いて距離を算出する。

これにより、測定装置１００において、実空間における撮像部２２０から照射部分までの距離を容易かつ正確に演算することができる。

また、測定装置１００において、投射部２１０にレーザ光の投射方向を指示する指示部２６０をさらに備える。

これにより、測定装置１００自体の位置及び角度を変えることなく、レーザ光の投射方向を変えることができる。

また、測定装置１００において、撮像部２２０によって撮像された画像を表示する表示部をさらに備え、表示部２５０は、タッチパネルを備え、指示部２６０は、タッチパネルに含まれるタッチセンサを備え、タッチセンサから出力される信号を用いて、投射部２１０にレーザ光の投射方向を指示する。

これにより、タッチパネルにタッチすることによって、照射部分を移動させることが可能となる。例えば、撮像画像が表示されたタッチパネル上のタッチした位置付近に照射部分を移動させるように、投射部２１０にレーザ光の投射方向を指示することが可能となるため、レーザ光の投射方向の調整をより容易に行うことができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る測定装置について説明する。本実施の形態に係る測定装置は、複数の照射部分にレーザ光を投射する点において、実施の形態１に係る測定装置と異なる。以下、本実施の形態に係る測定装置について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

［測定装置の構成］
まず、本実施の形態に係る測定装置の構成について、図８を用いて説明する。

図８は、本実施の形態に係る測定装置１００ａの機能構成を示すブロック図である。

図８に示されるように、測定装置１００ａは、実施の形態１に係る測定装置１００と同様に、投射部２１０、撮像部２２０、画像処理部２３０ａ、演算部２４０ａ、表示部２５０ａ、指示部２６０ａ及び投射制御部２７０ａを備える。

画像処理部２３０ａは、複数の照射部分の情報を検出する点において、実施の形態１に係る画像処理部２３０と異なる。

演算部２４０ａは、撮像部２２０から複数の照射部分までの距離をそれぞれ算出する点において、実施の形態１に係る演算部２４０と異なる。さらに、演算部２４０ａは、二つの照射部分の間の実空間における距離も算出する。なお、本実施の形態では、複数の照射部分と、レーザ光の複数の投射方向との対応を正しく把握する必要がある。そのために、例えば、レーザ光の複数の投射方向のうち、一方向毎にレーザ光を照射し、各方向に対応する照射部分を画像処理部２３０ａにおいて検出してもよい。また、演算部２４０ａにおける撮像部２２０から各照射部分までの距離の算出方法は、実施の形態１に係る演算部２４０における算出方法と同様である。

表示部２５０ａは、複数の照射部分を表示する点において、実施の形態１に係る表示部２５０と異なる。

指示部２６０ａは、レーザ光の複数の投射方向を指示する点において、実施の形態１に係る指示部２６０と異なる。

投射制御部２７０ａは、レーザ光を複数の投射方向に投射させるように制御する点において、実施の形態１に係る投射制御部２７０と異なる。

［照射部分間の距離測定方法］
続いて、本実施の形態に係る測定装置１００ａにおける照射部分間の距離測定方法について、図９及び図１０を用いて説明する。

図９は、本実施の形態に係る表示部２５０ａに表示される撮像画像２２８ａの一例を示す図である。

図１０は、本実施の形態に係る測定装置１００ａにおいて用いられる測定方法を示すフローチャートである。

以下、図１０に示される各ステップについて、図９を参照しながら説明する。

本実施の形態では、図９に示されるように、第一の基準画像２１６ａ及び第二の基準画像２１６ｂが撮像画像２２８ａに含まれる。本実施の形態では、測定対象物の画像９００ｐの両端に第一の基準画像２１６ａ及び第二の基準画像２１６ｂが配置されている。

本実施の形態に係る演算部２４０ａは、まず、実施の形態１と同様に、撮像部２２０から第一の基準画像２１６ａまでの距離、及び、撮像部２２０から第二の基準画像２１６ｂまでの距離をそれぞれ算出する（Ｓ１１０）。

続いて、演算部２４０ａは、第一の基準画像２１６ａまでの距離における撮像画像２２８ａの幅及び高さに対応する実空間での距離をそれぞれ算出する（Ｓ１２０）。本実施の形態では、演算部２４０ａは、第一の基準画像２１６ａまでの距離と、撮像部２２０における画像の幅方向及び高さ方向に対応する各画角とから、撮像画像２２８ａの幅方向の全画素数Ｗ０及び高さ方向の全画素数Ｈ０に対応する実空間での距離をそれぞれ算出する。

続いて、演算部２４０ａは、第一の基準画像２１６ａと第二の基準画像２１６ｂとの間の幅方向及び高さ方向の実空間での距離をそれぞれ算出する（Ｓ１３０）。本実施の形態では、まず、第一の基準画像２１６ａと第二の基準画像２１６ｂとの間の幅方向における画素数Ｗ１の、幅方向の全画素数Ｗ０に対する比と、幅方向の全画素数Ｗ０に対応する実空間での距離とを用いて、画素数Ｗ１に対応する実空間での距離を算出する。また、同様に、第一の基準画像２１６ａと第二の基準画像２１６ｂとの間の高さ方向における画素数Ｈ１の、高さ方向の全画素数Ｈ０に対する比と、高さ方向の全画素数Ｈ０に対応する実空間での距離とを用いて、画素数Ｈ１に対応する実空間での距離を算出する。

続いて、演算部２４０ａは、第一の基準画像２１６ａと第二の基準画像２１６ｂとの間の実空間での距離Ｌ１を算出する（Ｓ１４０）。本実施の形態では、演算部２４０ａは、ステップＳ１１０で算出した撮像部２２０から第一の基準画像２１６ａまでの距離と、撮像部２２０から第二の基準画像２１６ｂまでの距離との差を算出する。演算部２４０ａは、当該差と、ステップＳ１３０で算出した各距離とを用いて、第一の基準画像２１６ａと第二の基準画像２１６ｂとの間の実空間での距離Ｌ１を算出する。

以上のように、本実施の形態に係る測定装置１００ａでは、第一の基準画像２１６ａと第二の基準画像２１６ｂとの間の実空間での距離を算出できる。なお、ステップＳ１２０では、第一の基準画像２１６ａまでの距離を用いて、撮像画像２２８ａの幅方向の全画素数Ｗ０及び高さ方向の全画素数Ｈ０に対応する実空間での距離をそれぞれ算出したが、それらの距離の算出方法は、この方法に限定されない。例えば、より正確にそれらの距離を算出するために、第一の基準画像２１６ａまでの距離及び第二の基準画像２１６ｂまでの距離の平均を用いてそれらの距離を算出してもよい。

［効果］
以上のように、本実施の形態に係る測定装置１００ａにおいては、投射部２１０は、複数の照射部分にレーザ光を投射する。

これにより、複数の照射部分までの距離を同時に測定することができる。

また、本実施の形態に係る測定装置１００ａにおいては、演算部２４０ａは、実空間における前記撮像部から二つの前記照射部分の各々までの距離、及び、前記撮像部によって撮像された前記画像における二つの前記照射部分の間の距離を算出することにより、二つの照射部分の間の実空間における距離を算出する。

これにより、撮像画像２２８ａ内における二点間の実空間における距離を測定することができる。また、撮像画像２２８ａに含まれる画像上に二つの照射部分を配置することにより、当該画像の実空間における寸法を測定することができる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る測定装置について説明する。本実施の形態に係る測定装置は、測定対象物の傾きを検出できる点において、上記各実施の形態と異なる。以下、本実施の形態に係る測定装置について、実施の形態２との相違点を中心に説明する。

［測定装置の構成］
まず、本実施の形態に係る測定装置の構成について、図１１を用いて説明する。

図１１は、本実施の形態に係る測定装置１００ｂの機能構成を示すブロック図である。

図１１に示されるように、測定装置１００ｂは、実施の形態２に係る測定装置１００ａと同様に、投射部２１０、撮像部２２０、画像処理部２３０ａ、演算部２４０ｂ、表示部２５０ｂ、指示部２６０ｂ及び投射制御部２７０ｂを備える。また、測定装置１００ｂは、さらに、傾き検出部２８０を備える。

傾き検出部２８０は、測定装置１００ｂの傾き角度（すなわち、姿勢）を検出し、かつ、当該傾き角度を示す傾き角度信号を出力する。傾き検出部２８０は、例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサ、又は、それらの組み合わせで実現できる。傾き検出部２８０は、傾き角度信号として、例えば、鉛直方向に対する角度を示す信号を出力する。

演算部２４０ｂは、二つの照射部分を繋ぐ線分の、実空間における傾きを算出する点において、実施の形態２に係る演算部２４０ａと異なる。演算部２４０ｂは、実施の形態２に係る演算部２４０ａと同様に、測定装置１００ｂに対する二つの照射部分の相対位置を算出することにより、実空間における測定装置１００に対する二つの照射部分を繋ぐ線分の相対的な傾きを算出する。さらに、演算部２４０ｂは、傾き検出部２８０からの傾き角度信号を受信し、上記相対的な傾きと、傾き角度信号とを用いて、二つの照射部分を繋ぐ線分の鉛直方向に対する傾きを算出する。

表示部２５０ｂは、二つの照射部分を繋ぐ線分の実空間における傾きを表示する点において、実施の形態２に係る表示部２５０ａと異なる。

指示部２６０ｂは、基準画像以外の画像を投影することを指示し得る点において、実施の形態２に係る指示部２６０ａと異なる。

投射制御部２７０ｂは、指示部２６０ｂからの指示に基づいて、基準画像以外の画像を投影するように、投射部２１０を制御し得る点において、実施の形態２に係る投射制御部２７０ａと異なる。

［使用態様例］
続いて、本実施の形態に係る測定装置１００ｂの使用態様の一例を示しながら、本実施の形態に係る測定装置１００ｂについて具体的に説明する。

図１２は、本実施の形態に係る測定装置１００ｂの使用態様の一例を示す図である。

図１２には、測定装置１００ｂによって、撮像部２２０から対象物９０１ｒ上の各照射部分までの距離、及び、二つの照射部分間の傾きを測定する場合において表示部２５０ｂに表示される画像の例が示される。また、図１２には、対象物９０１ｒ及び対象物９０１ｒに投影される基準画像の例が示されている。図１２に示される例では、表示部２５０ｂに対象物９０１ｒの画像９０１ｐ及び三つの基準画像２１６Ｐ、２１６Ｑ及び２１６Ｒが表示されている。

本実施の形態に係る測定装置１００ｂでは、上述のとおり二つの照射部分を繋ぐ線分の傾きを算出する。図１２に示される例では、基準画像２１６Ｐに対応する照射部分と、基準画像２１６Ｑに対応する照射部分とを結ぶ線分の傾きが算出され、その算出結果（傾き：０°）が表示されている。

また、図１２に示される例では、基準画像２１６Ｐと基準画像２１６Ｑとの間の距離、及び、基準画像２１６Ｑと基準画像２１６Ｒとの間の距離が算出され、その算出結果がそれぞれ表示されている。また、図１２に示されるように、二つの基準画像間の距離を算出する場合には、当該二つの基準画像間に矢印などを表示してもよい。これにより、測定対象である二つの基準画像を把握し易くなる。また、図１２に示されるように、表示部２５０ｂに表示される当該矢印と同様の画像を実空間に投影してもよい。これにより、実空間の対象物９０１ｒを見るだけで、測定箇所を確認することができる。

また、図１２に示されるように、表示部２５０ｂに、撮像部２２０から各照射部分までの距離、及び、各照射部分間の距離を表示してもよい。これにより、ユーザは、リアルタイムで測定結果を知ることができる。

測定装置１００ｂにおいては、表示部２５０ｂは、タッチパネルを備え、指示部２６０ｂは、当該タッチパネルに含まれるタッチセンサを備える。本実施の形態では、タッチセンサを用いて基準画像の位置の調整を行うことができる。例えば、ユーザが指５００などで表示部２５０ｂの基準画像部分にタッチして、図１２に示される破線の矢印の方向にドラッグすることにより基準画像の位置を調整できるように、指示部２６０ｂが構成されてもよい。

また、本実施の形態に係る測定装置１００ｂが、図１２に示されるような携帯機器である場合、測定装置１００ｂの傾き（すなわち、姿勢）が変動し得る。測定装置１００ｂの傾きが変動することに伴い、レーザ光の照射部分も変動する。本実施の形態では、このようなレーザ光の照射部分の変動を抑制するために、傾き検出部２８０からの傾き角度信号に基づいて、レーザ光の照射部分が変動しないように、レーザ光の投射方向を制御してもよい。あるいは、測定装置１００ｂは、撮像画像における基準画像だけでなく、対象物の画像も検出し、基準画像と対象物の画像との相対位置が変動しないように、レーザ光の投射方向を制御してもよい。

［効果］
以上のように、本実施の形態に係る測定装置１００ｂにおいては、測定装置１００ｂの傾き角度を検出し、かつ、当該傾き角度を示す傾き角度信号を出力する傾き検出部２８０をさらに備え、演算部２４０ｂは、傾き角度信号に基づいて、二つの照射部分を結ぶ線分の実空間における傾きを算出する。

これにより、対象物などの傾きを検出することができる。このため、測定装置１００ｂは、水平器としても使用可能である。

（他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態に係る測定装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記各実施の形態において、投射部２１０は、レーザプロジェクタであったが、投射部２１０の構成はこれに限定されない。例えば、投射部２１０は、レーザポインタであってもよい。上記各実施の形態において、各測定装置は、携帯機器であったが、測定装置の構成はこれに限定されない。例えば、固定型の測定装置であってもよい。

また、上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブ、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムとして構成されてもよい。ＲＡＭまたはハードディスクドライブには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。

さらに、上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、例えば、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムを含む。この場合、ＲＯＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。

さらにまた、上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、各装置に脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されているとしてもよい。ＩＣカードまたはモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカードまたはモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、ＩＣカードまたはモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしてもよい。

また、本発明は、上記に示す方法であるとしてもよい。また、本発明は、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしてもよいし、上記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。

さらに、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどに記録したものとしてもよい。また、これらの非一時的な記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしてもよい。

また、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。

また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムに従って動作するとしてもよい。

また、上記プログラムまたは上記デジタル信号を上記非一時的な記録媒体に記録して移送することにより、または上記プログラムまたは上記デジタル信号を上記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。

さらに、上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。

本発明の一態様に係る測定装置は、対象物までの距離を測定する装置として幅広く利用可能である。

１００、１００ａ、１００ｂ 測定装置
１１０ 筐体
２１０ 投射部
２１１、２２１ 開口部
２１４ 投射領域
２１６、２１６Ｐ、２１６Ｑ、２１６Ｒ 基準画像
２１６ａ 第一の基準画像
２１６ｂ 第二の基準画像
２２０ 撮像部
２２４ 撮像領域
２２８、２２８ａ 撮像画像
２３０、２３０ａ 画像処理部
２４０、２４０ａ、２４０ｂ 演算部
２５０、２５０ａ、２５０ｂ 表示部
２６０、２６０ａ、２６０ｂ 指示部
２７０、２７０ａ、２７０ｂ 投射制御部
２８０ 傾き検出部
５００ 指

Claims (10)

1. レーザ光を投射する投射部と、
   前記投射部によって投射されたレーザ光が照射された部分である照射部分を撮像する撮像部と、
   前記撮像部によって撮像された画像における前記照射部分の位置と、前記撮像部の画角と、前記投射部から前記撮像部までの距離と、前記レーザ光の投射方向とに基づいて、実空間における前記撮像部から前記照射部分までの距離を算出する演算部とを備える
   測定装置。
2. 前記投射部は、前記撮像部と一体的に設けられる
   請求項１に記載の測定装置。
3. 前記投射部は、前記照射部分に所定の形状の画像である基準画像を投影する
   請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 前記撮像部によって撮像された前記画像を解析することにより、前記照射部分を検出し、検出された前記照射部分の前記画像内における位置情報を取得する画像処理部をさらに備える
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定装置。
5. 前記演算部は、前記レーザ光が前記撮像部によって撮像される領域に入射する点の位置情報を算出し、当該位置情報を用いて前記距離を算出する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の測定装置。
6. 前記投射部に前記レーザ光の投射方向を指示する指示部をさらに備える
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の測定装置。
7. 前記撮像部によって撮像された画像を表示する表示部をさらに備え、
   前記表示部は、タッチパネルを備え、
   前記指示部は、前記タッチパネルに含まれるタッチセンサを備え、前記タッチセンサから出力される信号を用いて、前記投射部に前記レーザ光の投射方向を指示する
   請求項６に記載の測定装置。
8. 前記投射部は、複数の前記照射部分に前記レーザ光を投射する
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の測定装置。
9. 前記演算部は、実空間における前記撮像部から二つの前記照射部分の各々までの距離、及び、前記撮像部によって撮像された前記画像における二つの前記照射部分の間の距離を算出することにより、二つの前記照射部分の間の実空間における距離を算出する
   請求項８に記載の測定装置。
10. 前記測定装置の傾き角度を検出し、かつ、当該傾き角度を示す傾き角度信号を出力する傾き検出部をさらに備え、
    前記演算部は、前記傾き角度信号に基づいて、二つの前記照射部分を結ぶ線分の実空間における傾きを算出する
    請求項８又は９に記載の測定装置。

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